聚酰胺6-聚氨酯嵌段共聚物及其復(fù)合材料的制備與性能研究.pdf

1、選用二苯甲烷二異氰酸酯(MDI)和聚醚多元醇(PPG220，PPG330)作為合成線型和星型聚氨酯(PU)預(yù)聚物活性料的原材料，通過澆鑄(MC)工藝制備的線型和星型PA6-PU嵌段共聚物可明顯改善MC-PA6的沖擊韌性。采用紅外光譜分析技術(shù)(FT-IR)表征了線型PA6-PU嵌段共聚物的合成過程。通過示差掃描量熱分析(DSC)、動(dòng)態(tài)力學(xué)性能分析(DMTA)、熱重分析(TG)以及FT-IR等測試手段系統(tǒng)研究了線型和星型共聚物的性能并進(jìn)行了

2、比較。掃描電鏡(SEM)觀察到PA6-PU共聚物中兩組分之間具有較好的相容性，PU組分的嵌入對共聚物的性能和結(jié)構(gòu)有較大的影響。隨著PU組分含量的增加，線型和星型共聚物的拉伸強(qiáng)度、硬度下降，但室溫和低溫沖擊強(qiáng)度提高。用星型PU預(yù)聚物改性共聚物提高低溫沖擊韌性的作用更為明顯，如PU組分含量為20％時(shí)，線型共聚物的沖擊強(qiáng)度提高近5倍，而星型共聚物提高了8倍。
　　 “銀紋-剪切帶”增韌理論可較好的解釋線型共聚物的增韌機(jī)理，但由于星型共

3、聚物的“穿插”和“纏結(jié)網(wǎng)絡(luò)”的結(jié)構(gòu)特征，星型共聚物的增韌機(jī)理較復(fù)雜。結(jié)合星型共聚物的結(jié)構(gòu)特征，“能量耗散”和“逾滲”兩個(gè)理論可用來解釋星型共聚物體系的增韌機(jī)理。
　　 PA6-PU嵌段共聚能有效增韌，且星型共聚物的增韌效果更明顯。為改善共聚物的摩擦磨損性能，以星型共聚物為基體材料，選用磨細(xì)玻璃纖維、石墨、MoS2和納米SiO2四種填料改性共聚物的摩擦學(xué)性能，并提出“一步工藝法”制備填料改性共聚物的復(fù)合材料，利用填料表面羥基(-O

4、H)與PU預(yù)聚物的異氰酸酯基團(tuán)(-NCO)之間發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)改善復(fù)合材料的界面粘接性能。
　　 對磨細(xì)玻璃纖維改性PA6-PU嵌段共聚物復(fù)合材料的熱性能、結(jié)晶性能、動(dòng)態(tài)和靜態(tài)力學(xué)性能等進(jìn)行了分析，重點(diǎn)研究了其摩擦磨損性能。在78.5N的載荷下，玻纖含量增至5％時(shí)，復(fù)合材料的摩擦系數(shù)從0.102下降至0.071，磨損率從3.54×10-5mm3/Nm下降至1.10×10-5mm3/Nm。測試載荷增加，復(fù)合材料的摩擦系數(shù)和磨損率增加

5、。測試速率的增加致使復(fù)合材料的摩擦系數(shù)下降，而磨損率上升。研究復(fù)合材料的磨損機(jī)理發(fā)現(xiàn)，PA6-PU嵌段共聚物的磨損機(jī)理主要以粘著磨損為主；隨著玻纖的添加，復(fù)合材料的磨損機(jī)理以磨粒磨損為主；玻纖含量增加時(shí)，復(fù)合材料出現(xiàn)疲勞磨損現(xiàn)象，并伴隨粘著和磨粒磨損。
　　 固體潤滑劑改性PA6-PU嵌段共聚物復(fù)合材料的性能研究發(fā)現(xiàn)，由于石墨和MoS2在復(fù)合材料中起成核劑的作用，一定程度上改善了復(fù)合材料的力學(xué)性能，但兩者對復(fù)合材料的摩擦磨損性能

6、的影響不同。石墨添加量為2％時(shí)，復(fù)合材料的摩擦系數(shù)從0.102下降到0.084；但石墨含量繼續(xù)增加，剝落的石墨在表面積累成大尺寸磨屑，致使摩擦系數(shù)有少量增加。隨著石墨含量的增加，磨損率從1.2×10-5mm3/Nm上升到4.71×10-5mm3/Nm；當(dāng)石墨含量增至5％時(shí)，石墨在對偶面形成穩(wěn)定的轉(zhuǎn)移膜，導(dǎo)致磨損率下降。MoS2對復(fù)合材料的摩擦磨損性能的改善不明顯，其摩擦系數(shù)都在0.09以上，而復(fù)合材料的磨損急劇增加。最后研究了載荷和測試

7、速率對兩復(fù)合材料摩擦磨損性能的影響以及不同載荷下兩復(fù)合材料的磨損機(jī)理。
　　 加入納米SiO2可以有效地提高復(fù)合材料的強(qiáng)度。納米SiO2含量為0.2％時(shí)，拉伸強(qiáng)度增至48.44MPa，與共聚物相比提高了12％。納米SiO2含量為0.05％時(shí)，沖擊強(qiáng)度從41.48kJ/m2下降到21.13kJ/m2；當(dāng)納米SiO2含量繼續(xù)增加，復(fù)合材料的沖擊強(qiáng)度變化不大。納米SiO2的加入使復(fù)合材料的摩擦系數(shù)和磨損率下降；當(dāng)納米SiO2含量增加，

8、納米SiO2粒子在共聚物中的分散與團(tuán)聚狀況引起復(fù)合材料的摩擦系數(shù)和磨損率發(fā)生變化。隨著載荷的增加，復(fù)合材料的摩擦系數(shù)增加，磨損愈加嚴(yán)重。隨著測試速率的增加，復(fù)合材料的摩擦系數(shù)降低，磨損率增加。復(fù)合材料的磨損機(jī)理研究表明，低載荷下復(fù)合材料的磨損機(jī)理以粘著磨損為主。載荷增至157N時(shí)，復(fù)合材料的磨損機(jī)理以磨粒和粘著磨損為主；當(dāng)納米SiO2含量增加，復(fù)合材料的磨損機(jī)理轉(zhuǎn)變?yōu)槟チＤp和疲勞磨損。
　　 最后，本文采用正交實(shí)驗(yàn)研究了填料混